以太坊区块链 Asp.Net Core的安全API设计 (下)

上一篇用以太坊区块链保证Asp.Net Core的API安全(上)我们介绍了基本的解决方案,这一篇我们重点来看客户端。

正如我们所说,我们的DApp是一个简单的HTML/ES6客户端。我们将在Asp.Net Core 2之上构建客户端,以利用IIS Express和Visual Studio IDE。因此,Startup.cs类中的Configure方法将是:

if (env.IsDevelopment())
{
    app.UseDeveloperExceptionPage();
}

app.UseDefaultFiles();
app.UseStaticFiles();

使DApp成为NPM项目并安装必备条件以使用ES6 Javascript标准。这不是强制性的,可以使用自己的堆栈构建DApp。

从项目文件夹运行Powershell并运行以下NPM命令:

npm init
npm install webpack
npm install babel-core babel-loader --save-dev
npm install babel-preset-es2015 --save-dev
npm install babel-preset-stage-0 --save-dev
npm install babel-polyfill --save
npm install babel-runtime --save
npm install babel-plugin-transform-runtime --save-dev

要配置webpack/babel,请使用以下配置创建webpack.config.js文件:

var path = require("path");

module.exports = {
    entry: [
        "babel-polyfill",
        "./src/main"
    ],
    output: {
        publicPath: "/js/",
        path: path.join(__dirname, "/wwwroot/js/"),
        filename: "main.build.js"
    }
};

我们已设定webpacksrc/main.js文件构建到/www/js/main.build.js

安装以太坊扩展包:

npm install web3
npm install ethereumjs-util

Web3是一个javascript封装包,它简化了针对以太坊区块链的JSON RPC调用。Ethereumjs-util提供了一些以太坊特定的实用程序。让我们构建一个非常简单的HTML页面。我们需要一个登录按钮和另一个按钮来从我们的API层加载一些安全数据:

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="utf-8" />
    <title>Ethereum Jwt Client</title>
</head>
<body>
    <h1>Ethereum Jwt Client</h1>
    <div id="login-view">
        <label>Your account: </label> <span id="eth_account_span"></span>
        <button type="submit" id="login_btn">Login</button>
    </div>
    <div id="data-view">
        <button type="submit" id="load_data_btn">Request secured data</button>
        <ul id="data_list">

        </ul>
    </div>
    <script src="js/main.build.js"></script>
</body>
</html>

DApp逻辑将驻留在src/main.js文件中,正如我们在webpack.config.js文件中指定的那样。src/main.js文件将是:

let ethUtil = require('ethereumjs-util');
let Web3 = require('web3');

let coinbase = null;
let accessToken = null;

let init = () => {
    if (typeof web3 !== 'undefined') {
        web3 = new Web3(web3.currentProvider);
        web3.eth.getCoinbase(function (err, account) {
            if (err === null && ethUtil.isValidAddress(account)) {
                coinbase = account;
                eth_account_span.innerHTML = coinbase;
            } else {
                eth_account_span.innerHTML = 'Please unlock your account and refresh the page';
                console.error(err);
            }
        });

    } else {
        eth_account_span.innerHTML = 'Please install or unlock Metamask browser plugin or navigate this page with Mist or another web3 browser';
    }
};

let request = obj => {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        let xhr = new XMLHttpRequest();
        xhr.open(obj.method || "GET", obj.url);
        if (obj.headers) {
            Object.keys(obj.headers).forEach(key => {
                xhr.setRequestHeader(key, obj.headers[key]);
            });
        }
        xhr.onload = () => {
            if (xhr.status >= 200 && xhr.status < 300) {
                resolve(xhr.response);
            } else {
                reject(xhr.statusText);
            }
        };
        xhr.onerror = () => reject(xhr.statusText);
        xhr.send(obj.body);
    });
};

login_btn.addEventListener('click', (e) => {
    e.preventDefault();

    login_btn.setAttribute('disabled', 'disabled');
    login_btn.innerHTML = 'Please sign the message';

    let plain = 'Hi, you request a login from client to Eth Jwt Api. Please sign this message. This is not a transaction, is completely free and 100% secure. We\'ll use your signature to prove your ownership over your private key server side.';
    let msg = ethUtil.bufferToHex(new Buffer(plain, 'utf8'));
    let hash = ethUtil.bufferToHex(ethUtil.keccak256("\x19Ethereum Signed Message:\n" + plain.length + plain));
    let from = coinbase;

    let params = [msg, from];
    let method = 'personal_sign';

    web3.currentProvider.sendAsync({
        method,
        params,
        from,
    }, function (err, result) {
        if (err || result.error) {
            login_btn.removeAttribute('disabled');
            login_btn.innerHTML = 'Login';

            console.error(err);
            return console.error(result.error);
        }
        console.log({
            'signature': result.result,
            'msg': msg,
            'hash': hash
        });

        login_btn.innerHTML = 'Requesting token...';
        let loginData = {};
        loginData.signer = from;
        loginData.signature = result.result;
        loginData.message = msg;
        loginData.hash = hash;

        request({
            url: 'http://localhost:49443/api/token',
            body: JSON.stringify(loginData),
            method: 'post',
            headers: {
                'Authorization': 'Bearer ' + accessToken,
                'Content-type': 'application/json'
            }
        }).then(data => {
            var json = JSON.parse(data);
            accessToken = json.token;
            console.log('access token: ' + accessToken);

            login_btn.removeAttribute('disabled');
            login_btn.innerHTML = 'Login';
        }).catch(error => {
            console.error(error);

            login_btn.removeAttribute('disabled');
            login_btn.innerHTML = 'Login';
        });
    });
});

load_data_btn.addEventListener('click', (e) => {
    e.preventDefault();

    request({
        url: 'http://localhost:49443/api/values',
        headers: {
            'Authorization': 'Bearer ' + accessToken
        }
    }).then(data => {
        var json = JSON.parse(data);
        for (let i = 0; i < json.length; i++) {
            data_list.innerHTML += '<li>' + json[i] + '</li>';
        }
    }).catch(error => {
        console.error(err);
    });

});

window.addEventListener('load', init);
  • 1.coinbaseaccessToken是全局变量,分别存储用户以太坊帐户和JWT token。
  • 2.init函数从Metamask提供的提供程序初始化web3对象,然后它尝试检索用户的帐户(coinbase)。这需要解锁在Metamask中签名的帐户。
  • 3.require函数只是hxr对象的封装,可以轻松地向API层调用ajax。
  • 4.load_data_btn单击处理程序对API层安全端点进行ajax调用。这需要有效的accessToken才能工作,否则,API层将响应401 HTTP响应。
  • 5.login_btn单击是一个两步功能。首先,它要求用户签署任意消息。签名后,它会将帐户,签名,明文消息和带前缀的哈希发送到令牌端点。

请注意,web3.personal.sign将十六进制格式(0x ...)的普通字符串的字节数组作为输入。

正如我们所说的,服务器端,我们将使用两种不同的方式从签名中恢复公钥:在一个中我们将使用JSON RPC 接口中的web3.personal.ecrecover(web3.personal.sign对应);在另一个中,我们将使用底层的ecrecover离线功能。根据文档,web3.personal.sign使用底层签名函数来签署hash和前缀消息,因此,为了使用底层ecrecover对应,我们还需要计算并将此hash发送到令牌端点。

运行两个应用程序并使用安装了Metamask插件的浏览器导航到客户端。请记住,为了将src/main.js文件构建到js/main.build.js,你需要从Powershell运行webpac命令。如果一切正常,客户端将检索coinbase,你将在页面上看到你的帐户:

如果你现在单击“请求数据”按钮,将获得HTTP响应401。如果单击“登录”按钮,Metamask将提示你签名:

签名后,处理程序将对令牌端点进行ajax调用。在此阶段,身份验证方法不会检查任何签名,因此端点将始终发出JWT令牌。一旦收到JWT令牌,客户端就能通过ajax调用安全端点。如果现在单击“请求数据”按钮,将收到HTTP响应200和数据负载:

从签名中检索以太坊帐户

到目前为止,EthereumJwtApi是一个简单的JWT Asp.Net核心示例,因为它不提供任何有效的身份验证方法。

TokenController的关键部分是两个Authenticate方法及其从签名中检索以太坊帐户的能力。为此,你需要安装Nethereum.Web3 NuGet包。Nethereum是以太坊的.Net实现。

Authenticate方法只是对web3.personal.ecrecover函数进行JSON RPC调用:

private async Task<UserVM> Authenticate(LoginVM login)
{
    UserVM user = null;

    var client = new RpcClient(new Uri(_config["Nethereum:Geth"])); // Require the RPC endpoint of a Geth node as input eg: http://127.0.0.1:8545
    var signer = await client.SendRequestAsync<string>(new RpcRequest(1, "personal_ecRecover", login.Message, login.Signature));

    if (signer.ToLower().Equals(login.Signer.ToLower()))
    {
        // read user from DB or create a new one
        // for now we fake a new user
        user = new UserVM { Account = signer, Name = string.Empty, Email = string.Empty };
    }

    return user;
}

PRO:

web3.personal.signweb3.personal.sign的对应部分,因此你无需担心其底层实现。

缺点:

需要你自己的Geth节点。不支持Parity,Infura不允许JSON RPC调用web3.personal.*Authenticate2方法显示了另一种方法,它使用底层ecrecover功能的离线实现:

private async Task<UserVM> Authenticate2(LoginVM login)
{
    UserVM user = null;

    var signer = new Nethereum.Signer.MessageSigner();
    var account = signer.EcRecover(login.Hash.HexToByteArray(), login.Signature);

    if (account.ToLower().Equals(login.Signer.ToLower()))
    {
        // read user from DB or create a new one
        // for now we fake a new user
        user = new UserVM { Account = account, Name = string.Empty, Email = string.Empty };
    }

    return user;
}

PRO:

不需要JSON RPC调用就能工作。MessageSigner.EcRecoverNethereum提供的离线功能。

缺点:

你需要处理web3.personal.sign实现才能正确恢复帐户。出于这个原因,在客户端,我们相应地计算了前缀消息哈希。

结论

现在你拥有基本的知识和一个项目的骨架,可以使用以太坊保护你的Asp.Net Core 2 API。只需几点说明:

web3 1.0.0处于测试阶段,web3.personal.sign实现可能会随着时间的推移而变化。请务必在你可以维护的代码库上使用这种身份验证方法。也许Infura某天决定允许web3.personal.ecrecover :-)

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